Enzimas e cinética enzimática - resumo incompleto

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Enzimas
Reações podem ser espontâneas quando termodinamicamente viáveis
Reações químicas, mesmo favoráveis, podem ser muito lentas! O tempo normal seria insustentável
Enzimas são catalizadores: aumentam a velocidade em várias ordens de grandeza
Altamente específicas: selecionam dentre várias reações “possíveis” as que irão efetivamente ocorrer (seletivas)
TODAS as enzimas são proteínas com exceção das ribozimas
Ribozimas: moléculas de RNA com função de catalisador, também obedecem a Michaelis Menten
-DIMINUIÇÃO DA ENERGIA DE ATIVAÇÃO
Energia de ativação: aquela para levar todas as moléculas de um mol de substancia ao estado de transição (barreira energética a ser vencida para o(s) reagentes se tornar(em) em produto(s))
O aumento de velocidade ocorre de três modos diferentes
-aumentando a concentração do reagente
-elevando a temperatura (aumenta a energia da molécula de um modo geral e mais moléculas atingem o estado de transição)
-diminuindo a energia de ativação: mesmo com T constante, mais moléculas atingem o estado de transição por possuírem energia mínima suficiente
Resumindo: enzimas diminuem energia de ativação, aumentando a velocidade, são muito específicas, tem concentração e atividade moduláveis => ajuste fino do metabolismo ao ambiente celular
Reagentes = substrato; Catalisadores = enzimas
Catalisadores sofrem alteração da estrutura química, mas a retomam no fim do processo (participam da reação, mas de forma catalítica, ou seja, em pequena quantidade)
Aceleram as reações químicas ao abaixarem a energia de ativação e não alteram a concentração dos reagentes nem o equilíbrio químico
Conformação nativa: as estruturas primárias, secundárias, terciárias e quaternárias são essenciais para a atividade
Perda de subunidades ou desnaturação = perda da atividade catalítica
Grupo prostético – liga-se covalentemente ou eletrostaticamente a enzima
Cofator: íon metálico ex Cu, Fe, Mg, K, Mn, Ni, Zn
Coenzima: molécula orgânica, carream grupos funcionais ex vitamina, coenzima A (grupo acil)
Enzima + grupo prostético (cofator/coenzima) = holoenzima
Parte proteica = apoenzima
Classificação e Nomenclatura – segundo as reações que catalisam
Oxidorredutases: realizam óxidorredução, transferência de elétrons, H:- ou H
Transferases: fazem transferência de grupos
Hidrolases: hidrólise; transferência de grupos para a H2O
Liases: adiciona grupos a uma dupla ou deixam uma dupla ligação após retirar grupos
Isomerases: rearranjos intramoleculares produzindo formas isoméricas
Ligases: ligam duas moléculas (C-C, C-S, C-O, C-N) com gasto de ATP
Velocidade: depende da barreira energética do estado de transição (Delta G # energia de ativação); Ser favorável = depende se energia do produto é menor (mais estável) que energia do substrato (Delta G < 0)
Aumenta com pressão e temperatura pois mais moléculas atingem energia mínima necessária para transpassar barreira
Equilíbrio = reversibilidade, delta G livre padrão de reação
Estado de transição = ligações formadas e outras quebradas, próximo dos intermediários da reação de um lado e de outro (ES e EP)
Etapa limitante = a mais lenta, determina velocidade da reação
A eficiência do processo catalítico depende da ligação do substrato a enzima
Sítio ou centro ativo: formado por CADEIAS LATERAIS de aminoácidos
-ajudam a ligar o substrato OU são catalíticos de fato
A forma do sítio ativo e os grupos R dos aa => reconhecimento do substrato (=ESPECIFICIDADE)
Estado de transição Substrato deve ter formato espacial complementar ao sítio ativo e fazer ligações químicas com os aa da enzima
Enzima forma um complexo ES específico que libera energia, estabilizando-o
Energia de ligação: advinda de ligações covalentes fortes ou interações fracas (lig. De H, hidrofóbicas e iônicas)
Caminho alternativo: a colisão é mais certeira e a energia de ativação é menor
Chave-fechadura: enzima encaixando perfeitamente ao substrato -> estabiliza e qualquer dobramento no substrato não seria permitido, ou seja, impede a reação
Na verdade as enzimas são complementares ao estado de transição do substrato, estabilizando-o => energia livre (de ligação) para formar o produto, diminuindo a energia de ativação e aumentando a velocidade
RESUMINDO: interações fracas (H, iônicas, hidrofóbicas) entre a enzima e o substrato geram uma força propulsora para a catálise enzimática, sendo que aquelas formadas com o estado de transição são as principais
A resposta é ENERGIA DE LIGAÇÃO entre enzima e estado de transição
Energia de ligação transpõe os seguintes problemas: a falta de alinhamento de GFs catalíticos – pois permite ajuste induzido da enzima (mudança conformacional), liberdade de movimento (entropia) dos reagentes - pois reduz; solvatação com água (estabiliza moléculas) – pois dessolvata e distorção dos substratos – pois a EL compensa energeticamente tal distorção
Enzimas são grandes e possuem vários grupos funcionais => posições adequadas para interagir com o substrato, o que garante ESPECIFICIDADE (posições de grupos no substrato e na enzima) e múltiplas interações, o que não ocorre entre uma enzima e qualquer substrato
Ajuste induzido 
-Mudança de conformação induzida na enzima: permite interações fracas, GFs em posições adequadas, novas interações, aumento da catálise
Ligação com enzima garante: ORIENTAÇÃO E APROXIMAÇÃO às moléculas no sítio ativo
Redução da entropia e da mobilidade dos reagentes => aumenta chance de colisões produtivas
Catálise ácido-base, covalente e por íons metálicos
Transferência de próton, formação de ligação covalente transitória e interações iônicas, estabilização, mudança temporária no nox.
Fatores que interferem na atividade enzimática: ph e temperatura
A atividade da enzima depende da sua estrutura tridimensional, sua forma e a forma de seu sítio ativo, o qual pode ser afetado por agentes que MUDEM A CONFORMAÇÃO DA PROTEÍNA
PH: a protonação ou desprotonação de grupos em aminoácidos pode interferir na conformação e na interação do sítio ativo com o substrato.
Há um potencial hidrogeniônico ótimo, no qual o arranjo de grupos desprotonados e protonados permite conformação ideal, a interação e uma melhor catálise
Temperatura: o aumento de temperatura aumenta a energia cinética das moléculas e além disso, temperaturas muito altas provocam desnaturação das proteínas, ou seja, perda da estrutura nativa, o que acarreta na perda de catálise (por isso depender da conformação)
Substrato é introduzido e a concentração de produto é desprezível
Complexo enzima-substrato: enzima se liga reversivelmente ao substrato
Após isso, são liberados a enzima e o produto
A etapa lenta e limitante do processo é a liberação da enzima e do produto;
Gráfico de V reação enzimática (Vo) x [S]
Velocidade aumenta com [S], nesse caso há moléculas de enzima livres e a [E] é limitante
Velocidade se mantem ~cte, porque, mesmo que [S] aumente, a quantidade de enzimas ocupadas (formando ES) aumenta e a V se aproxima de Vmax (?)
Vmax = velocidade na qual todos os sítios ativos estão ocupados
Km é a constante de Michaelis Menten: concentração de substrato no qual a velocidade é V max / 2 indica afinidade, quanto menor o Km, maior a afinidade (menor quantidade de substrato para se chegar à metade da V max)
Vo x [E] (atividade) = ax + b
Velocidade da enzima depende diretamente da sua concentração
Ou seja, quanto mais enzima, mais veloz
Dosagem de enzima = medida pela atividade
U = quantidade de enzima que formar 1 umol de produto em um minuto nas condições ótimas de temperatura e Ph
Atividade da enzima = U/mL
Atividade específica: Unidades de enzima/mg de proteína
A equação de Michaelis Menten
E + S <=> ES <=> E + P
Como [P] é insignificante e a prob dele se ligar a E é baixa, k-2 é desprezível
A mão
V max e Km através de valores inversos de 1/Vo, -1/Km, 1/[S]
K cat = turnover number ou número de renovação = número máximo de moléculas que são convertidas em produto por segundo
Indica a rapidez da enzima
INIBIDORES ENZIMÁTICOS
Alteramo metabolismo 
Diminuem a atividade da enzima
Se forem celulares, podem atuar como importantes reguladores a depender de sua concentração
Inibidores irreversíveis: inativam a enzima de forma definitiva, através da sua ligação com ligações covalentes
Tóxicos porque são inespecíficos
Fármacos: aspirina doa acetila para OH de serina da ciclooxigenase
Específicos para enzima de patógenos, ex sulfanilamidas, penicilina (enzima da síntese de parede bacteriana), cells cancerosas (metabolismo alterado)
Inibidores reversíveis: competitivos ou não competitivos
Competitivos: competem com o substrato pelo sítio ativo da enzima
Possuem estrutura espacial semelhante ao substrato
INIBIDOR COMPETITIVO DIMINUI A VELOCIDADE: isso porque o complexo E-I formado não gera produtos e diminui a quantidade de enzimas livres que poderiam se complexar com o substrato
Km maior
Vmax permanece a mesma
A velocidade máxima é atingida com maiores concentrações de substrato
“como V max depende do número de enzimas ocupadas, o Ic age como se fosse substrato, por isso não altera V max”
Km aparente: depende da afinidade da enzima pelo inibidor competitivo e da [Ic]
Inibidores não-competitivos
Não são estruturalmente parecidos com o substrato;
Ligam-se a radicais que não estão no sítio ativo, alterando porém a ESTRUTURA da enzima, inviabilizando a catálise
Muito inespecífica
Momentaneamente a molécula de enzima pode estar livre (ativa) ou alterada (inativa), isso faz com que “a concentração” de enzima ativa mude 
Isso altera V max, mas não altera Km, afinal a afinidade da enzima pelo substrato continua a mesma visto que o sítio ativo permanece inalterado nas enzimas livres (ativas)
Aumento de [S] não atenua/anula o efeito do Inc
Lineweaver-Burk: Inibidor competitivo = a reta gira fixada em Vmax
Inibidor não competitivo = a reta gira fixada em -1/km
Regulação da Atividade da Enzima
Enzimas são reguláveis e sua concentração e atividade podem ser controlados
-hormônios
-alterações alostéricas e modificação covalente
ZIMOGÊNIO = é um formato inativo da enzima, o qual, para se tornar ativo, deve ser hidrolisado
Perda de uma sequencia de aminoácidos, o que gera nova estrutura 3D => centro ativo funcional
Controle da digestão proteica para enzimas proteolíticas, ex. pepsinogênio, tripsinogênio, quimiotripsinogênio
ISOENZIMAS = enzimas que catalisam a mesma reação, porém assumem estruturas diferentes em diferentes tecidos
COFATORES ENZIMÁTICOS: íons metálicos ou coenzimas (moléculas orgânicas)
Grupos prostéticos (elementos ou componentes químicos diferentes de aminoácidos compõem a proteína)
Ligações fortes com cadeias laterais de aminoácidos em sitio ativo
Podem atuar como catalisadores de oxidorredução, transferência, hidroxilação
Alterar a forma do sítio ativo aumentando a afinidade pelo substrato
Ligar-se com o substrato
Lisozima: o microcosmo da das enzimas